“Docker鏡像秒級啟動”“系統升級翻車后如何無損回滾”“Live USB怎樣留住用戶數據”——這些Linux場景下的高頻需求，答案都指向同一個工具：OverlayFS。作為Linux內核原生的聯合掛載文件系統，它不用復雜配置，就能把多個目錄“拼接”成統一視圖，用“寫時復制”巧妙平衡存儲效率與數據隔離，堪稱內核里的“空間魔術手”。

很多人對它的認知停留在“Docker的底層依賴”，卻忽略了它在系統保護、軟件測試等場景的強大能力。本文不繞理論玄學，從“lowerdir/upperdir”的核心結構講透讀寫機制，再用四個實戰案例落地：Docker環境中看鏡像層如何復用空間，給Live USB加持久化存儲，用OverlayFS搭建零風險的系統升級測試環境，以及數據管理的過程增量備份與數據恢復。

無論你是運維工程師、開發還是Linux愛好者，跟著文中命令一步步操作，既能搞懂OverlayFS的工作邏輯，又能直接套用到實際工作中解決存儲難題。從此告別“鏡像占滿磁盤”“升級出錯難回滾”的煩惱，把聯合文件系統的優勢用透。

一、OverlayFS 是什么？

OverlayFS 是一種聯合掛載（Union Mount）文件系統，它的出現，就像是給文件系統世界帶來了一種神奇的 “疊羅漢” 玩法。它并不直接管理磁盤塊，而是巧妙地依賴于宿主機上已有的文件系統，比如常見的 ext4 或 xfs 。它的核心操作，就是把不同目錄里的文件和目錄，虛擬地合并到同一個目錄下，給用戶呈現出一個統一的文件系統視圖，就好像這些文件原本就都在一個地方一樣 。

打個比方，我們可以把 OverlayFS 想象成一個文件大舞臺，lowerdir 和 upperdir 里的文件都是演員，而 merged 就是這個大舞臺。當 OverlayFS 啟動，也就是掛載完成后，所有演員（文件）都在 merged 這個舞臺上亮相，用戶看到的就是這個完整的舞臺表演（統一的文件系統視圖），而不會去關心這些演員（文件）原本是從哪個后臺（lowerdir 或 upperdir）出來的。

圖片

1. lowerdir（下層目錄 / 只讀層）：lowerdir 可以包含一個或多個只讀目錄，這些目錄之間用冒號 ":" 分隔 。它就像是舞臺表演的背景板，是基礎且不可修改的部分，對應著 Docker 鏡像的基礎層。在構建 Docker 鏡像時，每一條如 RUN、COPY、ADD 等指令，通常都會創建一個新的鏡像層，這些鏡像層最終就構成了容器啟動時 lowerdir 的一部分。比如說，我們基于 Ubuntu 鏡像構建一個應用鏡像，那么 Ubuntu 基礎鏡像的所有層就會包含在 lowerdir 里。并且，如果有多個 lowerdir 目錄，它們之間是有優先級順序的，從左到右優先級遞減，也就是左邊的 lowerdir 里的文件會覆蓋右邊同名的文件。
2. upperdir（上層目錄 / 讀寫層）：upperdir 只有一個目錄，它是整個結構中唯一可讀寫的部分，是舞臺上可以自由發揮的演員。當容器啟動時，Docker 會為容器創建一個空的 upperdir。所有對容器內文件系統的修改操作，包括新建文件、修改文件以及刪除文件，實際上都是在這個 upperdir 中進行的。比如，容器內應用寫入的日志文件，或者用戶在容器內創建的臨時文件等，都會保存在 upperdir 中。當需要修改 lowerdir 中的文件時，OverlayFS 會采用寫時復制（Copy - on - Write, CoW）機制，先把文件復制到 upperdir，然后再對 upperdir 中的副本進行修改，而 lowerdir 中的原始文件則保持不變。
3. workdir（工作目錄）：workdir 是一個內部使用的空目錄，是舞臺表演時的幕后準備區。OverlayFS 在執行某些操作，比如 copy - up 操作時，需要它作為臨時工作空間。用戶一般不需要關心這個目錄的具體內容，并且在掛載后，其內容對用戶是不可見的。這個目錄有一個重要的限制，它必須和 upperdir 在同一個文件系統上，這樣才能保證 OverlayFS 的正常工作。
4. merged（合并目錄 / 統一視圖）：merged 是最終呈現給用戶的掛載點，是我們看到的完整舞臺表演。它將 lowerdir 和 upperdir 的內容完美地合并在一起，提供一個統一的文件系統視圖。用戶或者容器內的進程，就是通過訪問 merged 目錄，來與容器的文件系統進行交互的。在讀取文件時，如果文件同時存在于 upperdir 和 lowerdir，那么會優先讀取 upperdir 中的版本；而寫入或刪除文件時，操作則實際發生在 upperdir ，但通過 merged 呈現出整個文件系統的變化。

二、OverlayFS 工作原理

2.1文件讀取機制

當我們在容器中讀取文件時，OverlayFS 的讀取機制就像是一個聰明的快遞分揀員，它會先去 upperdir 這個 “優先快遞架” 上尋找目標文件 。因為 upperdir 是可讀寫層，容器運行時產生的新文件或者對下層文件修改后的副本都在這里，所以優先從這里查找可以提高讀取效率。比如在一個基于 Ubuntu 鏡像構建的 Web 應用容器中，應用運行時生成的配置文件副本，如果存在于 upperdir 中，就會被優先讀取。

只有當 upperdir 中沒有找到目標文件時，這個 “快遞分揀員” 才會去 lowerdir 這個 “備用快遞架” 中尋找。并且，由于 lowerdir 可以有多個目錄，它們之間有優先級順序（從左到右優先級遞減），分揀員會按照這個順序依次查找，直到找到文件或者確認文件不存在 。這就確保了在多個 lowerdir 存在同名文件時，高優先級的文件會被讀取，符合我們對文件系統優先級的預期。

2.2寫時復制（CoW）機制

寫時復制（Copy - on - Write，簡稱 CoW）機制是 OverlayFS 的一項關鍵技術，也是它實現高效文件管理的秘訣之一。它就像是一個復印機，只有在真正需要修改文件的時候，才會復制文件。當容器需要修改 lowerdir 中的某個文件時，OverlayFS 并不會直接在 lowerdir 中修改原始文件 。因為 lowerdir 是只讀層，直接修改不符合它的設計初衷，同時也不利于保持基礎鏡像的穩定性和可重復性。

此時，OverlayFS 會啟動它的 “復印” 功能，將需要修改的文件從 lowerdir 復制一份到 upperdir，然后對 upperdir 中的這個副本進行修改 。這樣，既保證了 lowerdir 中的原始文件不被破壞，又實現了對文件的修改需求。比如，在一個基于基礎 Python 鏡像構建的數據分析容器中，如果我們需要修改 Python 的某個標準庫文件來滿足特定的分析需求，OverlayFS 就會把這個標準庫文件從 lowerdir 復制到 upperdir，我們在容器內看到的修改實際上都是對 upperdir 中副本的修改，而 lowerdir 中的原始標準庫文件依然保持原樣。這種機制在多容器共享基礎鏡像時尤為重要，大大節省了磁盤空間，同時也加快了容器的啟動速度，因為不需要在啟動時就為每個容器復制大量的基礎文件。

2.3刪除處理方式

在 OverlayFS 中，刪除文件的處理方式根據文件所在的目錄不同而有所區別。當刪除 lowerdir 中的文件時，由于 lowerdir 是只讀的，不能直接刪除其中的文件 。OverlayFS 采用了一種特殊的方式，即在 upperdir 中創建一個 “whiteout 文件”，這個文件就像是一個隱形的 “刪除標記” 。從 merged 目錄中看，文件似乎被刪除了，但實際上 lowerdir 中的文件仍然存在，只是被這個 whiteout 文件 “隱藏” 了起來，這樣可以保持 lowerdir 的完整性，同時也滿足了從 merged 目錄中刪除文件的需求。

而當刪除 upperdir 中的文件時，處理方式就簡單直接多了，直接刪除該文件即可 。因為 upperdir 是可讀寫層，文件的刪除操作不會影響到其他部分的穩定性。比如在一個容器中，如果我們刪除了在容器運行時新創建的日志文件（位于 upperdir），那么這個文件就會被直接從文件系統中移除；但如果我們刪除的是從 lowerdir 中復制到 upperdir 并修改過的配置文件，同樣也是直接刪除 upperdir 中的這個副本文件 。

2.4目錄合并規則

當 lowerdir 和 upperdir 中存在同名目錄時，OverlayFS 會按照特定的規則將它們的內容合并展示在 merged 目錄中 。這就像是把兩個書架上的書合并到一個新書架上展示。它會將上下層同名目錄中的文件和子目錄都合并在一起，用戶在訪問 merged 目錄時，看到的就是一個整合后的目錄結構 。比如，lowerdir 中有一個名為 “project” 的目錄，里面有文件 “README.md”，upperdir 中也有一個 “project” 目錄，里面有文件 “config.py”，那么在 merged 目錄下的 “project” 目錄中，就會同時存在 “README.md” 和 “config.py” 這兩個文件 。

不過，這里有一個特殊情況，如果 upperdir 中的目錄設置了 “opaque 屬性”，就好像這個書架被貼上了 “請勿查看下層” 的標簽 。此時，OverlayFS 會忽略 lowerdir 中同名目錄的內容，只展示 upperdir 中該目錄的內容 。這種機制在一些特殊場景下非常有用，比如在容器中，我們可能希望某些目錄完全使用上層自定義的內容，而不受到下層基礎鏡像的影響，就可以通過設置這個屬性來實現 。

三、掛載命令及示例

在了解了 OverlayFS 的基本原理后，我們來看看如何在 Linux 系統中實際掛載 OverlayFS。在 Linux 中，我們使用mount命令來掛載 OverlayFS 。下面是掛載 OverlayFS 的基本語法格式：

mount -t overlay overlay -o lowerdir=<lowerdir>,upperdir=<upperdir>,workdir=<workdir> <mountpoint>

• -t overlay：指定要掛載的文件系統類型為 overlay ，表明我們即將掛載的是 OverlayFS 文件系統 。
• overlay：這是掛載源，這里固定為overlay，它告訴系統我們要使用 OverlayFS 的掛載機制 。
• -o lowerdir=<lowerdir>,upperdir=<upperdir>,workdir=<workdir>：這是掛載選項，通過這個選項，我們需要指定下層目錄（lowerdir）、上層目錄（upperdir）和工作目錄（workdir）的路徑 。<lowerdir>、<upperdir>和<workdir>需要替換為實際的目錄路徑，并且多個 lowerdir 之間用冒號 ":" 分隔 。
• <mountpoint>：指定掛載點，也就是最終 OverlayFS 呈現給用戶的合并目錄路徑 ，所有對文件系統的訪問都通過這個掛載點進行 。

下面通過一個實際的操作示例來加深理解：

（1）創建相關目錄：首先，我們在系統中創建四個目錄，分別用于模擬 lowerdir、upperdir、workdir 和 merged（掛載點） 。假設我們在根目錄下創建這些目錄：

sudo mkdir -p /test/{lower,upper,work,merged}

這里-p選項的作用是遞歸創建目錄，如果父目錄不存在，會自動創建父目錄 。執行這條命令后，我們在/test目錄下創建了lower、upper、work和merged四個目錄 。

（2）掛載 OverlayFS：接著，使用mount命令將這三個目錄掛載為 OverlayFS，掛載點為/test/merged

sudo mount -t overlay overlay -o lowerdir=/test/lower,upperdir=/test/upper,workdir=/test/work /test/merged

執行這條命令后，/test/lower作為只讀的下層目錄，/test/upper作為可讀寫的上層目錄，/test/work作為工作目錄，它們被 OverlayFS 合并到/test/merged這個掛載點下，用戶可以通過訪問/test/merged來查看和操作合并后的文件系統 。

（3）驗證掛載結果：為了驗證是否掛載成功，我們可以使用mount命令查看當前系統中的掛載情況

mount | grep overlay

如果掛載成功，會輸出類似如下的信息：

overlay on /test/merged type overlay (rw,relatime,lowerdir=/test/lower,upperdir=/test/upper,workdir=/test/work)

這表明 OverlayFS 已經成功掛載到/test/merged，并且顯示了相關的掛載參數 。

通過上述掛載命令及示例，我們可以在 Linux 系統中輕松地搭建起一個 OverlayFS 環境，為進一步探索和使用 OverlayFS 的功能奠定基礎 。在實際應用中，比如在 Docker 容器中，Docker 引擎會自動根據鏡像和容器的運行時需求，使用類似的方式掛載 OverlayFS 來管理容器的文件系統 ，只不過這些操作對用戶來說通常是透明的 。

四、OverlayFS 應用場景

4.1容器技術（Docker/Kubernetes）

在容器技術的世界里，OverlayFS 堪稱幕后英雄。以 Docker 為例，當我們構建一個 Docker 鏡像時，每一個鏡像層就像是一個精心搭建的積木塊，這些積木塊共同構成了容器啟動時的基礎，也就是 OverlayFS 中的 lowerdir 。比如，一個基于 Python 鏡像構建的 Web 應用鏡像，Python 基礎鏡像的各個層就組成了 lowerdir 的一部分 。當容器啟動時，會創建一個空的 upperdir，容器運行時產生的所有修改，包括應用寫入的日志文件、動態生成的配置文件等，都會被存入這個 upperdir 中 。

通過這種方式，多個容器可以共享同一個基礎鏡像（即相同的 lowerdir），卻又能擁有各自獨立的可寫空間（即各自的 upperdir） 。這不僅大大節省了磁盤空間，還使得容器的啟動速度大幅提升 。因為在啟動時，不需要為每個容器重復加載基礎鏡像的內容，只需要加載少量的上層修改部分即可 。

我們可以使用docker inspect <容器ID>命令來查看容器的存儲結構，其中就會顯示出 LowerDir、UpperDir 和 MergedDir 等信息，直觀地展示 OverlayFS 在容器中的應用 。在 Kubernetes 集群中，同樣利用 OverlayFS 來管理容器的文件系統，確保各個容器之間的隔離性和資源共享，實現高效的容器編排和管理 。

4.2只讀系統保護（Live CD/Android 系統）

在一些特殊的系統場景中，比如 Live CD（一種可以直接從光盤或 USB 啟動并運行的操作系統）和部分 Android 系統，我們希望系統分區保持只讀狀態，以防止意外修改導致系統損壞，同時又要滿足用戶對系統進行個性化設置或數據存儲的需求 。這時，OverlayFS 就派上了用場 。在 Android 系統中，特別是在 userdebug 或 eng 模式下，我們可以使用adb remount命令將/system只讀分區掛載為 OverlayFS 。

具體來說，就是將/system作為 lowerdir，將修改存入/cache分區作為 upperdir 。例如，通過執行以下命令：

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/system,upperdir=/cache/upper,workdir=/cache/work /system

這樣，用戶對/system目錄下文件的修改，實際上都被重定向到了/cache/upper目錄中 。即使重啟系統，這些修改依然有效，因為修改是存儲在獨立的/cache分區中，而原始的/system分區并未受到影響 。在 Live USB 場景中，系統從光盤只讀啟動，用戶的數據可以保存到 USB 的 upperdir 中，既保證了系統的完整性，又滿足了用戶的數據存儲需求 。

4.3軟件測試與系統升級

在軟件開發和系統維護過程中，軟件測試和系統升級是必不可少的環節 。OverlayFS 為這兩個環節提供了一種非常便捷的解決方案 。我們可以將現有的穩定系統或軟件版本作為 lowerdir，然后在 upperdir 中進行新軟件的安裝測試或系統升級操作 。由于所有的修改都發生在 upperdir 中，如果測試過程中發現新軟件存在兼容性問題或者系統升級失敗，我們只需要簡單地刪除 upperdir，就可以將系統恢復到原來的狀態，實現快速回滾 。假設我們要測試一個新的數據庫軟件版本，首先創建測試目錄：

mkdir -p /test/{lower,upper,work,merged}

然后掛載 OverlayFS：

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/test/lower,upperdir=/test/upper,workdir=/test/work /test/merged

在/test/merged目錄中進行新數據庫軟件的安裝和測試，所有的操作和修改都會寫入/test/upper目錄 。如果測試失敗，卸載 OverlayFS：

umount /test/merged

然后刪除/test/upper目錄，即可將系統恢復到測試前的狀態 。

4.4增量備份與數據恢復

在數據備份領域，增量備份是一種非常高效的備份策略，它可以大大減少備份所需的時間和存儲空間 。OverlayFS 為增量備份提供了一種獨特的實現方式 。我們可以將基礎備份作為 lowerdir，然后將每日的數據變更存入 upperdir 。由于 OverlayFS 的特性，upperdir 中只存儲了與基礎備份相比發生變化的數據 。在進行備份時，我們只需要備份 upperdir 即可實現增量備份 。

在數據恢復時，如果需要恢復到某一天的狀態，只需要將對應的 upperdir 和基礎備份（lowerdir）進行合并掛載，就可以還原出當時的數據狀態 。假設我們有一個基礎備份存儲在/backup/base目錄，每天的數據變更存儲在/backup/daily目錄下的各個子目錄中（以日期命名） 。在進行增量備份時，只需要備份/backup/daily目錄下當天的子目錄內容 。當需要恢復到某一天的數據時，例如 2024 年 10 月 1 日，執行以下掛載命令：

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/backup/base,upperdir=/backup/daily/2024-10-01,workdir=/backup/work /restore

這樣，/restore目錄中就呈現出 2024 年 10 月 1 日的數據狀態，實現了快速的數據恢復 。

五、OverlayFS 案例實戰

5.1實戰案例一：容器技術（Docker）

在容器技術的舞臺上，Docker 無疑是一顆耀眼的明星，而 OverlayFS 則是其背后的強大支撐。Docker 利用 OverlayFS 實現了鏡像的分層存儲和容器的高效運行 。當我們創建一個 Docker 容器時，基礎鏡像就如同一個穩固的基石，作為 lowerdir 存在 。這個基礎鏡像包含了運行容器所需的基本文件和目錄，比如操作系統的核心文件、一些預裝的軟件包等，它是只讀的，保證了基礎環境的穩定性 。

而當容器在運行過程中，所有的修改操作，無論是新增文件、修改已有文件，還是刪除文件，都被巧妙地存儲在 upperdir 中 。這就好比在一個已搭建好框架的房子里進行個性化裝修，基礎框架（lowerdir）保持不變，而所有的裝修變動（upperdir）都獨立記錄 。這樣一來，多個容器可以共享同一個基礎鏡像（lowerdir），大大節省了磁盤空間 。同時，由于每個容器的修改都在各自獨立的 upperdir 中，保證了容器之間的隔離性，一個容器的變動不會影響到其他容器 。最終，通過 merged 目錄，將 lowerdir 和 upperdir 的內容整合在一起，呈現給容器內的應用程序一個完整的文件系統視圖 ，讓應用程序感覺就像是在一個獨立的文件系統中運行 。

①安裝 Docker

在 Ubuntu 系統上，我們可以通過以下步驟安裝 Docker：

• 首先更新軟件包列表，使用命令sudo apt-get update ，這一步就像是給系統的 “軟件倉庫索引” 進行一次更新，確保我們能獲取到最新的軟件信息 。
• 接著安裝一些必要的軟件包，以便apt能夠通過 HTTPS 使用倉庫，命令為sudo apt-get install apt - transport - https ca - certificates curl software - properties - common ，這些軟件包就像是搭建了一座通往 Docker 官方軟件源的 “橋梁” 。
• 添加 Docker 的 GPG 密鑰，使用命令curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add - ，這把 “密鑰” 就像是一個安全認證，確保我們下載的 Docker 軟件是來自官方的正版軟件 。
• 添加 Docker 軟件源，命令為sudo add - apt - repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable" ，這一步是將 Docker 的官方軟件源添加到系統的軟件源列表中，方便后續安裝 。
• 再次更新軟件包，sudo apt-get update ，因為添加了新的軟件源，需要重新更新軟件包索引 。
• 最后安裝 Docker 社區版（CE），命令是sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli http://containerd.io 。

在 CentOS 系統上安裝 Docker 步驟如下：

• 先卸載舊版本（如果存在），使用命令sudo yum remove docker \ docker - client \ docker - client - latest \ docker - common \ docker - latest \ docker - latest - logrotate \ docker - logrotate \ docker - engine ，清理掉系統中可能存在的舊版 Docker，避免版本沖突 。
• 設置 Docker 倉庫，運行sudo yum install -y yum - utils安裝工具，然后sudo yum - config - manager \ --add - repo \ https://download.docker.com/linux/centos/docker - ce.repo添加 Docker 倉庫 。
• 安裝 Docker 引擎，命令為sudo yum install docker - ce docker - ce - cli http://containerd.io docker - buildx - plugin docker - compose - plugin 。
• 安裝完成后，啟動 Docker，sudo systemctl start docker ，并設置開機自啟sudo systemctl enable docker.service 、sudo systemctl enable containerd.service 。還可以通過sudo docker run hello - world驗證安裝是否成功 ，如果成功，會下載測試鏡像并在容器中運行，顯示確認消息 。

②拉取鏡像：使用docker pull命令拉取一個基礎鏡像，比如我們拉取最新版的 Ubuntu 鏡像，命令為docker pull ubuntu:latest 。這就像是從一個巨大的軟件倉庫（Docker Hub）中下載一個名為 “ubuntu:latest” 的軟件包（鏡像）到本地 。拉取完成后，可以使用docker images命令查看本地已拉取的鏡像列表，能看到剛剛拉取的ubuntu:latest鏡像 。

③創建并運行容器：通過 docker run -it --name myubuntu ubuntu:latest bash 命令可創建并運行容器，其中 -it 表示以交互終端模式運行容器，--name myubuntu 為容器命名以便管理，而使用 docker inspect myubuntu | grep -A 8 "GraphDriver" 命令可查看容器的存儲驅動信息，包括基礎鏡像只讀層路徑（LowerDir）、容器可寫層路徑（UpperDir）以及合并展示的掛載點路徑（MergedDir）。

④容器內操作：進入容器后，我們可以進行各種文件操作 。比如先使用docker exec -it myubuntu bash命令進入剛剛創建的 “myubuntu” 容器 。在容器內，使用touch /tmp/newfile命令創建一個新文件 “newfile” ，這個新文件會被創建在容器的 upperdir 中 。使用echo "This is a test" > /tmp/newfile向文件中寫入內容 。如果查看容器的 UpperDir 目錄（可以通過docker inspect命令找到 UpperDir 路徑后進入查看），會看到新創建的/tmp/newfile文件和寫入的內容 ；再使用rm /tmp/newfile刪除這個文件，刪除操作也會記錄在 upperdir 中 。如果此時查看容器的 OverlayFS 各層，會發現 upperdir 中相應的文件被刪除，而 lowerdir 中的基礎鏡像文件不受影響 。我們還可以修改容器內已有的文件，比如echo "new content" > /etc/motd修改/etc/motd文件內容，同樣，這個修改會體現在 upperdir 中，而 lowerdir 中的原始文件保持不變 。

5.2實戰案例二：只讀系統保護（Live USB）

在很多情況下，我們希望能夠在不修改計算機硬盤內容的前提下運行一個操作系統，并且還能保存自己的操作數據 。Live USB 就是這樣一個解決方案，它允許我們從 USB 設備（如 U 盤）啟動操作系統，而且這個操作系統是只讀啟動的，就像從光盤只讀啟動一樣，保證了系統的穩定性和安全性 。

同時，用戶在使用過程中產生的數據，比如新建的文檔、修改的配置文件等，會被巧妙地保存到 USB 設備的 upperdir 中 。這樣一來，下次再從這個 Live USB 啟動時，依然可以訪問到之前保存的數據 。就好比我們在一個臨時搭建的房子里居住，房子的主體結構（只讀系統）不能被改變，但我們可以自由地布置房間（在 upperdir 保存用戶數據） 。

①準備工作：首先，需要準備一個可引導的 Live USB，這可以通過下載操作系統的 ISO 鏡像文件，然后使用工具（如 Rufus、UNetbootin 等）將其寫入到 USB 設備中制作而成 。以 Rufus 為例，打開 Rufus 后，在 “設備” 選項中選擇要制作的 USB 設備，“分區選擇” 選擇 GPT（對于支持 UEFI 啟動的系統），“目標系統類型” 選擇 UEFI (非 SM) ，然后點擊 “開始”，等待寫入完成即可 。接著，準備一個空白的 USB 用于存儲用戶數據，這個 USB 的容量根據實際需求選擇，如果只是保存一些簡單的文檔和配置，8GB 可能就足夠了；如果需要保存大量的文件，如照片、視頻等，建議選擇 32GB 或更大容量的 USB 。

②掛載操作：在計算機上插入制作好的可引導 Live USB，啟動計算機，并在 BIOS 或 UEFI 設置中，將 USB 設備設置為第一啟動項 。不同品牌的計算機進入 BIOS 或 UEFI 設置的方式不同，一般在開機時會顯示提示信息，比如按 Del、F2、F10 等鍵 。成功啟動 Live 系統后，打開終端，使用 mount -t overlay 命令將系統分區掛載為 OverlayFS 。假設系統分區為/dev/sda1，空白 USB 分區為/dev/sdb1，臨時目錄為/tmp/work，掛載命令如下：

sudo mount -t overlay overlay -o lowerdir=/media/root/sda1,upperdir=/media/root/sdb1,workdir=/tmp/work /media/root/merged

這里/media/root/sda1是 lowerdir，即系統分區；/media/root/sdb1是 upperdir，用于存儲用戶數據；/tmp/work是 workdir，作為臨時目錄；/media/root/merged是最終呈現給用戶的合并視圖目錄 。

③用戶操作：在掛載完成后，就可以在系統中進行各種操作了 。比如使用mkdir /media/root/merged/newdir命令在合并視圖目錄中創建一個新目錄 “newdir” ，這個新目錄實際上會被創建在 USB 的 upperdir 中 。使用echo "test content" > /media/root/merged/newfile.txt命令創建一個新文件 “newfile.txt” 并寫入內容 。還可以修改已有的文件，例如echo "new content" > /media/root/merged/etc/motd修改系統的/etc/motd文件內容 。如果要刪除文件，使用rm /media/root/merged/newfile.txt命令刪除剛才創建的文件 。操作完成后，重啟計算機，再次從 Live USB 啟動系統，進入/media/root/merged目錄查看，會發現之前創建、修改和刪除的文件狀態都被保存了下來，這就驗證了重啟后修改確實保存在 USB 的 upperdir 中 。

5.3實戰案例三：軟件測試與系統升級

在軟件測試與系統升級場景中，OverlayFS 就像是一個安全可靠的 “實驗場” 。我們將現有的穩定系統文件放置在 lowerdir 中，這就好比是一個穩定的 “基礎環境”，保持著系統的原始狀態，不會被輕易改變 。而當我們要測試新軟件或者進行系統升級時，這些操作都在 upperdir 中進行 。因為 upperdir 是可寫層，所有的安裝、修改、配置等操作都會記錄在這里 。如果測試過程中一切順利，新軟件運行正常，系統升級也達到了預期效果，那么就可以將 upperdir 中的這些變更整合到正式的系統中 。

但如果測試失敗，比如新軟件與現有系統存在兼容性問題，導致系統無法正常啟動或者某些功能異常，這時我們只需要簡單地刪除 upperdir 。由于 lowerdir 中的基礎系統文件沒有被改變，所以系統就會回滾到原始的穩定狀態，就像什么都沒有發生過一樣 ，大大降低了測試和升級過程中的風險 。

①創建測試目錄：首先，使用mkdir -p命令創建相關目錄。例如，在/test目錄下創建lower、upper、work、merged目錄，命令如下：

mkdir -p /test/{lower,upper,work,merged}

這里-p參數的作用是遞歸創建目錄，如果父目錄不存在，會自動創建 。就好比我們要建造一座房子（/test目錄），里面有不同的房間（lower、upper、work、merged目錄），-p參數幫助我們一次性把房子和房間都搭建好 。

②掛載 OverlayFS：執行mount -t overlay命令掛載 OverlayFS。假設lower目錄路徑為/test/lower，upper目錄路徑為/test/upper，work目錄路徑為/test/work，merged目錄路徑為/test/merged，掛載命令如下：

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/test/lower,upperdir=/test/upper,workdir=/test/work /test/merged

這個命令就像是把不同的 “拼圖碎片”（lower、upper、work目錄）按照 OverlayFS 的規則組合在一起，最終在merged目錄呈現出一個完整的 “拼圖”（合并后的文件系統視圖） 。

③軟件測試或系統更新：在掛載完成后，進入 merged 目錄，這里就可以進行新軟件的安裝測試或系統更新操作 。比如要安裝一個新的軟件包，假設軟件包名為 newsoftware.deb ，先將其放置在 /test/merged 目錄下，然后使用 dpkg -i newsoftware.deb 命令進行安裝測試 。如果是系統更新，使用系統自帶的更新命令，如在 Ubuntu 系統中使用 sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade 命令進行更新操作 。這些安裝和更新操作都會在 upperdir 中記錄下來 ，就像在一個專門的 “記錄冊”（upperdir） 上記錄新軟件的安裝過程和系統更新的變化 。

④回滾操作：模擬測試失敗的情況，首先卸載 OverlayFS，使用命令umount /test/merged 。這一步就像是把剛剛組合好的 “拼圖”（OverlayFS 文件系統）暫時拆開 。然后刪除upperdir，即rm -rf /test/upper ，這相當于把記錄新軟件安裝和系統更新變化的 “記錄冊”（upperdir）直接刪除 。最后重新掛載 OverlayFS（按照前面的掛載步驟），進入merged目錄查看，會發現系統已經回滾到原始狀態，之前安裝的新軟件和進行的系統更新都不存在了，驗證了系統成功回滾到原始狀態 。

5.4實戰案例四：增量備份與數據恢復

在數據管理的過程中，備份與恢復是至關重要的環節。傳統的全量備份雖然能夠完整地復制數據，但隨著數據量的不斷增大，備份所需的時間和存儲空間也會急劇增加 。而增量備份則提供了一種更高效的解決方案。利用 OverlayFS 的特性，我們可以將基礎備份作為 lowerdir，它就像是一個穩定的 “數據基石”，存儲著最初的完整數據 。

每天的數據變更存入 upperdir，這個 upperdir 就如同一個 “變化記錄器”，只記錄每天新產生的數據變化 。這樣，我們在進行備份時，僅備份 upperdir 即可實現增量備份，大大節省了備份時間和存儲空間 。當需要恢復數據時，通過掛載基礎備份（lowerdir）和包含每日變更的 upperdir，就能完整地恢復出數據。

①建立基礎備份：首先，我們使用 rsync 工具來創建基礎備份 。假設我們要備份的源目錄是/data，備份到/backup/base目錄，使用如下命令：

rsync -avz /data /backup/base

這里-a參數表示以歸檔模式傳輸，保留文件的權限、時間等屬性；-v參數表示詳細輸出，讓我們可以看到傳輸過程中的詳細信息；-z參數表示傳輸時對數據進行壓縮，減少傳輸的數據量 。這個命令執行后，/backup/base目錄就成為了我們的基礎備份，作為 OverlayFS 的 lowerdir 。

②設置 OverlayFS：創建 upper、work、merged 目錄 。使用命令mkdir -p /backup/{upper,work,merged} ，這里-p參數可以遞歸創建目錄，如果父目錄不存在會自動創建 。掛載 OverlayFS，命令如下：

mount -t overlay overlay -o lowerdir=/backup/base,upperdir=/backup/upper,workdir=/backup/work /backup/merged

這個命令將/backup/base設置為 lowerdir，/backup/upper設置為 upperdir，/backup/work設置為 workdir，最終掛載到/backup/merged目錄 。此時，/backup/merged目錄就呈現出一個整合了基礎備份和可寫變更的統一文件系統視圖 。

③日常數據變更：在掛載完成后，我們在/backup/merged目錄中進行日常的數據操作 。比如使用mkdir /backup/merged/newdir命令創建一個新目錄 “newdir” ，這個新目錄會被創建在upperdir中 。使用echo "new content" > /backup/merged/newfile.txt命令創建一個新文件 “newfile.txt” 并寫入內容 ，同樣，這個新文件也會存放在upperdir中 。如果要修改已有的文件，例如echo "modified content" > /backup/merged/existingfile.txt修改existingfile.txt文件內容，修改操作也會記錄在upperdir 。若執行rm /backup/merged/oldfile.txt刪除文件，刪除操作也會在upperdir中體現 。

④增量備份與恢復：進行增量備份時，只需要備份upperdir目錄即可 。假設我們將upperdir備份到/backup/incremental目錄，使用命令rsync -avz /backup/upper /backup/incremental 。這樣就完成了一次增量備份 ；模擬數據丟失場景，我們先卸載 OverlayFS，使用命令umount /backup/merged 。然后刪除/backup/merged目錄下的數據 ；進行數據恢復時，重新掛載 OverlayFS（按照之前的掛載步驟） 。掛載完成后，進入/backup/merged目錄查看，會發現數據已經恢復到之前的狀態，驗證了通過掛載基礎備份和 upperdir 成功實現數據恢復 。

六、使用 OverlayFS 的注意事項

6.1性能優化

在使用 OverlayFS 時，性能優化是一個關鍵問題。特別是當涉及頻繁寫入小文件的操作時，寫時復制（CoW）機制可能會導致 I/O 壓力顯著增大 。這是因為每次寫入小文件時，都可能觸發文件從 lowerdir 復制到 upperdir 的操作，而小文件數量眾多，就會頻繁進行這種復制，從而大大增加磁盤 I/O 的次數 。

比如在一個高并發的 Web 服務器日志記錄場景中，大量的日志文件都是小文件，且寫入操作頻繁，這就會使得系統 I/O 性能受到嚴重影響 。為了緩解這種 I/O 壓力，我們可以采取以下措施：

1. 調整掛載參數：通過優化掛載參數來提升性能 。例如，可以使用index=off參數來關閉目錄索引功能 。因為在某些場景下，目錄索引的維護會增加額外的 I/O 開銷，關閉它可以減少 I/O 操作 。假設我們有一個基于 OverlayFS 的文件存儲系統，在掛載時使用mount -t overlay overlay -o lowerdir=/lower,upperdir=/upper,workdir=/work,index=off /merged命令，關閉目錄索引后，在頻繁寫入小文件時，磁盤 I/O 的負載明顯降低 。
2. 使用tmpfs作為上層目錄：tmpfs是一種基于內存的文件系統，將其作為upperdir可以顯著提高I/O性能 。因為內存的讀寫速度遠遠快于磁盤，這樣可以避免頻繁的磁盤I/O操作 。比如在一個對實時性要求較高的測試環境中，我們將tmpfs作為upperdir，mount -t overlay overlay -o lowerdir=/lower,upperdir=/dev/shm/upper,workdir=/work /merged，在進行大量小文件的寫入操作時，速度明顯加快，測試效率得到了極大提升 。

6.2文件系統選擇

需要注意的是，upperdir 所在的文件系統必須支持擴展屬性（xattr） 。這是因為 OverlayFS 在進行一些操作，如創建 opaque 目錄屬性來標記刪除相關信息等時，依賴于文件系統對 xattr 的支持 。如果 upperdir 使用的文件系統不支持 xattr，那么 OverlayFS 的一些功能將無法正常實現 。例如，在某些老舊的文件系統中，如早期版本的 FAT 文件系統，由于不支持擴展屬性，就無法滿足 OverlayFS 對 upperdir 文件系統的要求 。

為了確保 OverlayFS 的正常運行，推薦使用支持 xattr 的文件系統，如 ext4 和 xfs 。ext4 是 Linux 系統中廣泛使用的文件系統，它對 xattr 有良好的支持 ，并且在穩定性和性能方面表現出色 。在一個生產環境中，我們使用 ext4 作為 upperdir 的文件系統，mount -t overlay overlay -o lowerdir=/lower,upperdir=/ext4_partition/upper,workdir=/work /merged ，文件的讀寫、刪除等操作都能正常進行，沒有出現因文件系統不支持 xattr 而導致的問題 。xfs 也是一個不錯的選擇，它具有高性能和高擴展性，同樣對 xattr 提供了完善的支持 ，在一些對性能和擴展性要求較高的場景中，xfs 作為 upperdir 的文件系統能發揮出很好的效果 。

6.3權限要求

在掛載 OverlayFS 時，workdir 必須是一個空目錄，并且它需要和 upperdir 位于同一個文件系統 。這是 OverlayFS 正常工作的重要前提條件 。如果 workdir 不是空目錄，在掛載過程中可能會出現各種意想不到的錯誤，影響 OverlayFS 的正常掛載和使用 。而 workdir 與 upperdir 位于不同文件系統時，可能會導致一些原子操作無法正確執行，比如在進行文件復制等操作時，可能會因為文件系統的差異而失敗 。所以在實際使用中，一定要嚴格按照這個權限要求來準備相關目錄 。

6.4擴展屬性依賴

upperdir 所在的文件系統需要支持擴展屬性（xattr），這是 OverlayFS 實現一些高級特性的基礎 。例如，當需要設置目錄的 opaque 屬性來控制目錄合并規則時，如果 upperdir 的文件系統不支持 xattr，就無法成功設置這個屬性，從而導致相關的功能無法正常使用 。常見的支持 xattr 的文件系統有 ext4、xfs 等 。在選擇使用 OverlayFS 時，需要確保 upperdir 所使用的文件系統具備這個特性，否則在使用過程中可能會遇到功能受限的問題 。